蒸煮是利用堿或其他化工原料的水溶液來處理植物纖維原料，將原料中的木素和部分半纖維素溶出，同時盡可能地保留纖維素與不同程度的保留半纖維素，使原料纖維彼此分離成漿。在這一過程中植物中的脂肪、糖類等也會溶出。由于木素為水不溶性的網狀大分子，其分子鏈中含有苯環這樣的剛性基團，難以運動而柔順性低，紙漿中木素含量高時，會顯得僵硬而脆弱，打漿時難以水化，容易被切斷。必須通過蒸煮和其后的廢液提取和紙漿洗滌工藝，將這些非纖維雜質分離除去。

    主要蒸煮方法有堿法和亞硫酸鹽法兩種。堿法蒸煮是用堿液來處理植物纖維原料，將其中的木素溶出，使原料纖維彼此分離成漿。堿法蒸煮后從紙漿洗滌所提取的廢液，因其色黑而被稱為黑液；酸法制漿蒸煮廢液則因其色紅而被稱為紅液。黑液和紅液統稱為蒸煮廢液，其中所含木素、糖類和脂肪等，在蒸煮結束后，必須與紙漿盡量分離，以保證紙漿純凈。

    目前堿法蒸煮仍是各國制漿的主要方法，且大多采用硫酸鹽法。

1  主要蒸煮助劑

1．1  蒽醌及其衍生物

    蒸煮過程中加入蒽醌可以加速木素脫除，縮短蒸煮時間，提高得漿率。純蒽醌系染料原料，價格昂貴，大多數廠家應用的是粗蒽醌、萘醌及其衍生物。例如可從染料廠生產還原藍RSH染料中得到蒽醌衍生物。該染料系以鄰苯二甲酸酐為基本原料，與氯苯縮合后制得2-氯蒽醌，再經氨化制成2-氨基蒽醌，最后經堿熔等化學反應而制成還原藍染料。這種染料回收率僅為50％。其余原料均形成蒽醌衍生物存在于廢液中，經回收可作為蒸煮添加劑。這種蒽醌衍生物是混合物，含量約為80％，水分約3％，其中含有少量K₂S0₄、Na₂S0₃等易溶于水的無機鹽類，外觀呈黑褐色粉末狀固體，在高溫下可升華出黃色針狀晶體，化學性能穩定。其主要成分是羥基蒽醌、葸醌磺酸鈉、雙胺基蒽醌以及其他蒽醌化合物和蒽醌類灰色或棕色染料等。葸醌及其他醌類不溶于水，所以人們目前是在分子中引入-OH、-SO₃H等親水基，如2-羥基蒽醌、2-蒽醌磺酸鈉等。此外，將木素及其衍生物進行氧化，使其形成鄰位或對位醌式結構，或通過D1dls—Alder反應得到系列產物，作為蒸煮化學品亦有明顯的效果。

1．2  蒸煮用表面活性劑

    表面活性劑在蒸煮中的作用主要是幫助滲透，而滲透的前提是潤濕。表面活性劑改善潤濕性能主要有兩種方式。

    (1)改善固體性能如通過單層吸附使帶相反電荷高能表面拒水、抗黏；通過多層吸附使高能表面更加親水。

(2)改善液體性能  即在潤濕劑與固體表面帶同種電荷時，通過降低r_L／G值使θ變小，從而增大潤濕性。一些具有支鏈結構或多烷基結構的表面活性劑具有好的潤濕性能，其HLB范圍在7～9，如快速滲透劑T(磺基琥珀酸雙異辛酯單鈉鹽)、滲透劑JFC等。

只有通過表面活性劑的潤濕作用，才能加速蒸煮化學品和其他化學品的滲透和均勻分散。在制漿和抄紙過程中，常要加入的滲透劑是磺化琥珀酸酯鹽(滲透劑T)、潤濕劑JFC、丁基萘磺酸鈉等。有時加人一些有機溶劑可以幫助滲透。較理想的滲透劑應有一定的耐堿性和耐高溫性，因為制漿一般在強堿性和較高的溫度下進行。

    醌類化合物與陰離子表面活性劑復配可提高蒸煮效果。非離子表面活性劑一般不宜用于蒸煮，因為其聚氧乙烯基在強堿性介質中易分解，濁點降低。在溫度升高時分解加速。主要有十二烷基苯磺酸鈉、烷基磺酸鈉、椰子油二乙醇酰胺，這些表面活性劑在堿液中穩定，—SO₃^2-與鈣鎂離子生成的鹽類溶解度大，易在洗滌中除去。另外，還對蠟質、蛋白質和脂肪等具有很強的乳化、分散和脫除作用。

    伯虜恩(Bruun)研究了表面活性劑對木片浸水的影響。多數濃度為0．3％的表面活性劑溶液都能加強樺樹、白楊、赤楊等闊葉木材片的浸水效果。其中以Beto1 EMV07型產品和效果最佳，在4h內可以使浸入木片的水量增加一倍。可是大多數表面活性劑在針葉木片的浸水過程中卻顯示不出明顯的效果，據推測可能是由于針葉木材的毛細導管過細(半徑約為0．03μm)，導管間的空隙亦窄(半徑約為l5μm)，如同柵欄一般阻擋了水的滲入。根據這種解釋當然還是說明不了阻撓亞硫酸鹽蒸煮液滲透的主要原因，利用陰離子型和非離子型表面活性劑改善蒸煮液滲透性的試驗亦末達到預期的效果，試驗中曾將1％Su1fapol或Tineton非離子表面活性劑加入110℃亞硫酸鹽蒸煮液中，但未發現蒸煮液滲入松片的效果有明顯改善。可是這兩種表面活性劑對木質素的分離有良好的作用，分析原因，可能是由于木質素磺酸鹽的溶解性有所提高的緣故。

    用NaOH-Na₂C0₃法生產樺木半化學漿，蒸煮總用堿量為10％(以Na₂0計，對木片)，Na₂C0₃和NaOH的最優比例為(3～4)：1，發現在蒸煮液中添加蒽醌和表面活性劑(如十二烷基苯磺酸鈉)可以提高半化學漿的得率和質量，并降低能耗。在半化學漿75％～80％和得率范圍內NaOH—Na₂C0₃法的脫木素選擇性最好，在NaOH和Na₂C0₃混合液中加入蒽醌和表面活性劑可以大大改善脫木素的選擇性和半化學漿的性質。在NaOH和Na₂C0₃蒸煮液中加入蒽醌和表面活性劑能使脫木素率提高l．5％。

    在紅松氧堿蒸煮中添加陰離子、陽離子、非離子及兩性表面活性劑對脫木素率的提高均有效果，使漿的卡伯值均有不同程度的下降。并且發現十二烷基苯磺酸鈉的效果最佳，使漿的亮度增加，使漿的卡伯值大量下降而漿的得率不下降。同時發現對不同的原料，十二烷基苯磺酸鈉所起的效果也不同，如對紅松的效果就比對樺木的效果好。赤松制漿過程中加入表面活性劑的蒸煮結果如1所示。

表1  赤松制漿過程中加入表面活性劑的蒸煮結果

注：蒸煮條件為堿度30％，溫度l30℃。

    在燒堿蒽醌麥草化學漿的蒸煮過程中添加十二烷基苯磺酸鈉可以促進蒸煮液的均勻滲透，增進脫木素作用的選擇性，得率提高，漿料硬度下降，制得的漿料柔韌性增加，抗張強度和耐破度大大提高，撕裂度有所下降，表面活性劑可顯著改善紙漿的可漂性。十二烷基苯磺酸鈉(ABS)、木素磺酸鈉以及8084三種表面活性劑對麥草漿NaOH-Na₂C0₃-蒽醌法蒸煮效果的影響以及對其物理強度的影響如表2、表3所示。

表2 ABS、木素磺酸鈉、8084對麥草漿NaOH-Na₂C0₃-蒽醌法蒸煮效果的影響

表3 ABS用量對蒸煮效果和漿張強度的影響

    添加0．05％～l％的表面活性劑聚氧化乙烯-氧化丙烯．氧化乙烯三嵌段共聚物到蒸煮液中，可以降低硫酸鹽紙漿中粗渣含量，該表面活性劑的相對分子質量為500～3000。據此，添加0．75％(對木片重)表面活性劑對南方松木片進行硫酸鹽蒸煮，得到細漿得率48．9％，粗渣量為4．0％，而不加表面活性劑在相同條件下進行硫酸鹽蒸煮，細漿得率46．2％，粗渣量9．4％。

    樺樹、白楊、赤楊等闊葉木木片在浸水過程中，添加濃度約為0．3％的多數表面活性劑的溶液，都能提高其浸水效果。70％的甲基丙烯酸酯水乳液中添加0．2％烷基苯磺酸鈉或0．25％脂肪醇聚氧乙烯醚，用于樺木片浸水，可顯著提高浸水效果。在20～70℃時，使用每升加0．5～1．5g脂肪醇環氧乙烷加成物的NaOH堿液(40g／L)，可以改進對樺木片和松木片的滲透性，使亞硫酸鹽木漿的得率提高3％～4％，使強度降低15％～20％。在蒸煮棉短絨或破布時，按每噸原料添加烷基酚聚氧乙烯醚0．2～1kg(對棉短絨)或0．5～2kg(對破布)于蒸煮液中，可|以加快蒸煮液對原料的潤濕、滲透，使蒸煮液均勻浸入原料，從而增加裝鍋量并大大縮短裝鍋時間，同時還能促使原料上的蠟、油脂和污垢雜質在蒸煮過程中加速溶解和分散，而達到凈化。

    采用燒堿蒸煮龍須草時，加入氨基磺酸0．25％(以原料計)，使紙張的耐折度提高24．4％、耐撕裂度提高28．0％、韌性提高21．4％，耐裂斷度和耐破度也分別有所提高。

    在堿法蒸煮木漿中，添加3％蒽醌磺酸鈉或0．05％～l．00％蒽醌，既可加速木素的脫除，提高紙漿得率和質量，又不致造成污染。長鏈不飽和脂肪酸的二甲基酰胺，用于硫酸鹽木漿蒸煮，可增加紙漿得率，減少堿用量。例如，松木硫酸鹽漿蒸煮時，每噸木漿加長鏈不飽和脂肪酸二甲基酰胺350g，活性堿用量降低20％～21％，紙漿得率增高2％；蒸煮樺木硫酸鹽漿時，添加l％油酸二甲基酰胺，紙漿得率增高1％，在適當條件下能使紙漿得率增高約5％。此外，這種蒸煮化學品還能夠縮短蒸煮時間，溶解毛細管間的樹脂和其他物質，提高蒸煮液的滲透速度。

2  漿料洗滌和篩選

    蒸煮后的漿料，在洗滌和篩選過程中添加0．025％～0．050％壬基酚聚氧乙烯(10～12)醚或烷基苯磺酸鈉，有利于蒸煮廢液與纖維原料的分離和原料的凈化，并可促進樹脂的脫除，從而提高產品質量，降低漿耗。然而，添加表面活性劑后會產生泡沫，必要時需添加消泡劑。

    亞硫酸鹽紙漿中添加1．2％～5％烷基酚聚氧乙烯醚(以干漿量計)，可以改善紙漿的脫水性能及其他物理性質，從而可顯著加快抄紙過程的脫水速率，提高紙張的質量。若在抄紙過程中產生泡沫，可添加少量聚醚消泡劑，以提高產品質量。

制漿黑液，特別是草漿，其中含硅量比木漿高，容易在蒸發時產生結垢，使傳熱效率降低，而且很難清理。采用間歇酸洗法，需停機清洗。若在制漿黑液堿回收工藝中使用抗垢劑，則能降低黑液黏度、減少結垢、加速蒸發。這類抗垢劑大多是用表面活性劑和其他物質復配而成，如含有油酸聚氧乙烯酯、二乙基羥胺磷酸鹽、多聚磷酸鹽、氨基磺酸、亞鐵鹽、檸檬酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽等。

3  漂白和助漂

    通常漂白劑有氧化型(如NaOC1、H₂0₂、0₂、Cl0₂等)和還原型(如Na₂S0₃、Na₂S₂0₃等)兩種。過氧化物、次氯酸鈉在堿性條件下可分解產生[O]，改變漿料生色團和助色團結構，達到漂白目的。造紙工業主要采用氧化漂白劑，盡可能采用無氯或少氯漂白紙漿新技術。

    目前工業上采取的漂白方法分為單段漂白和多段漂白：單段漂白是指一次性地將漂白劑加入紙漿中；3段以上的漂白稱為多段漂白，因漂段采用不同的漂白劑，又稱為綜合多段漂白。多段漂白一般以符號表示，例如CEH表示氯化．堿處理．次氯酸鹽漂白，其他有CEHED(D一二氧化氯段)、OECH(0-氧堿)、CEHE₂P(P一過氧化物段)等漂白方法。單段漂設備簡單，但氯耗量大，同時對纖維也有損傷。多段漂白設備投資大、動力耗費多，但得漿白度高且穩定性好，中、大型造紙廠大都采用這種方法。

    無氯漂白(TCF)也稱無污染漂白，是用不含氯的物質如O₂、H₂0₂、O₃等作為漂白劑對紙漿在中高濃條件下進行漂白；少氯漂白(ECF)是用Cl0₂作為漂白劑對紙漿在中濃條件下進行漂白。無氯和少氯漂白旨在代替低濃度紙漿氯化漂白和次氯酸鹽漂白，后者對環境有嚴重污染。

    由于氧無毒，本身對環境沒有污染，經氧脫木素后，后段的漂白劑和漂白廢水量可降低50％。已證明氧漂白可大大降低漂白廢水中的BOD、COD、色度和總有機氯的含量，它對減少現代紙漿漂白廢水的污染起了重要的作用。

    氧漂白還可以節省其他化學藥品的消耗，與有氯漂白劑漂白紙漿相比，可以提高紙漿得率。氧漂白工藝可分為高濃氧漂白(25％～28％)、中濃氧漂白(7％～l5％)。最初的氧漂白系統采用高濃，由于高濃系統附屬設備較多，投資成本大，后來發展就逐漸走向中濃。發展中濃的原因是中濃漂白流程較簡單、安全可靠、容易上馬、投資成本低。中高濃氧漂白均在壓力0．6～0．8MPa條件下進行。氧漂工藝常與還原劑如焦亞硫酸鹽配合使用，以提高漂白效果。

    過氧化氫經常用于化學漿多段漂白的后段以提高紙漿的白度和漂白后紙漿白度的穩定性以及機械漿的漂白。H₂0₂漂白化學漿，主要用在E段以加強漂白效果或用在終段使紙漿白度穩定。一般來說，要求白度高時用H₂0₂，對白度要求不高則可用Na₂S₂0₄。為了提高H₂0₂的漂白效率。常要加入硅酸鈉、三聚磷酸鈉(STPP)、二乙烯三胺乙酸鹽(DTPA)、乙二胺四乙酸鹽(EDTA)、乙酰苯胺等分解抑制劑或漂白穩定劑。非硅類二乙烯三胺環亞戊基醋酸(DTPMPA)等新型封閉劑也已開始使用。

    二氧化氯本身是自由基，具有優良的漂白性能，其漂白能力強，效率高，白度穩定。二氧化氯漂白的最大特點是漂白時有選擇地除去木素，而對碳水化合物的降解作用小，漿料的強度好。因此二氧化氯在紙漿的漂白中目前仍居重要地位。采用Cl02漂白紙漿這一措施后，與全氯漂白劑漂白紙漿相比，漂白廢水不僅減少了AOX(可吸附的有機鹵化物)和極毒物質，而且還減少了樹脂障礙。但紙漿強度基本不變。   

    二甲基環二氧烷(DMD)能通過氧原子轉移反應與一些不飽和鍵反應，是一種很強的親電性的氧化劑，能有效地通過氧原子的轉移進行有選擇性的氧化反應，并且反應還能被溶液中的丙酮催化，可作為無氯漂白劑。DMD的制備是在中性條件下，過氧-硫酸與酮反應生成加成產物R₂C(OH)S0₅H，經重排形成DMD：

    由于兩個甲基取代基的電子效應和空間效應，使得DMD具有較高的穩定性，不易分解，可在低溫下(-20℃)貯存幾個星期，在室溫下貯存幾個小時(<7h)。

    臭氧的脫木素和漂白作用均很強，在紙漿漂白系統中，可單獨使用．也可與過氧化氫、氧氣等其他漂白劑結合組成多段漂白。臭氧漂白的最大吸引力在于對環境無污染，如能用無氯漂白流程。O—Z—E—P漂白紙漿，那對于任何制漿造紙廠都是最理想的。臭氧漂白段的紙漿濃度也有中高濃之分，即中濃臭氧漂白和高濃臭氧漂白。

3.1  助漂劑

    經過漂白以后的紙漿，再與無機酸作用，這一過程稱為酸處理。漂白一般是在堿性介質或最后一段是在堿性介質中進行的，經酸處理后，不僅可以中和殘堿，提高紙漿洗滌效率，還可以提高紙漿的白度穩定性。酸洗中加入六偏磷酸鈉[(NaP0₃)₆]，它能和鈣鎂離子生成配合物，且對鐵離子有強的螯合作用，可作為降低灰分和鐵含量的化學品。

    硫酸銨是一種白色棱形晶體，作為漂白活化劑，可以促進氧化劑較快分解，提高漂白的均勻性。硫酸銨在較低pH值條件下能夠既加快有效氯的消耗，增加漂白反應速度，縮短漂白時間，又能阻止纖維素發生剝皮反應。尿素也有相似的作用。

    Na₂S₂0₃作為漂后脫氯劑，能和漂后漿料中的氯發生反應，對于解決漂白后紙張返黃問題具有明顯效果。此外，過氧化物在堿漂過程中易過快分解，常要加入硅酸鈉、三聚磷酸鈉(STPP)、二乙烯三胺乙酸鹽(DTPA)、乙二胺四乙酸鹽(EDTA)、乙酰苯胺等分解抑制劑或氧漂穩定劑。Na₂S₂0₃在鐵、鎂、錳、鋁等金屬離子存在下，同樣存在過快分解問題，三聚磷酸鈉等對其也有抑制分解作用。

3.2  聚木糖酶在紙漿漂白中的應用   

    從1999年起。聚木糖酶在紙漿漂白中的應用已引起造紙界極大的關注。這是因為環境保護已成為紙廠生存的前提，工廠必須以較經濟的方式轉變成無元素氯漂白。另外，許多漿和紙產品的市場疲軟也迫使工廠去降低紙漿的漂自費用。而酶的使用完全可以滿足這兩方面的需要。最早在1984年就有報道用酶改變紙漿性質，用聚木糖酶除去紙漿中的聚木糖，提高口-纖維素以獲得高值產品。聚木糖酶水解紙漿纖維內的聚木糖聚合物。聚木糖是直接連于纖維素和木素的，因此，聚木糖主體的分裂在漂白時可使木素易于分離。另外，聚木糖酶還增加細胞壁的潤脹，因而增加了通過纖維細胞壁的擴散速度。從紙漿中抽提出降解了的木素與擴散過程是緊密相關的，故聚木糖酶的處理極好地改善了降解木素的抽提，因而酶處理過的紙漿在隨后的各漂白段效果更好，能得到較高的白度。聚木糖酶還能催化堿法制漿時二次沉淀在纖維上的聚木糖的水解，除去這類聚木糖，就是除去了妨礙殘余木素被抽提出紙漿的物理障礙。

    聚木糖酶提高漂白劑的效率，得到較高的紙漿白度。這一好處對于那些采用短漂序而又要求較高紙漿白度的工廠特別重要。用酶處理可完全實現無氯漂白，同時保持需要的紙漿白度，允許工廠將漂白濾液回用，作為水循環的部分水源。